[发明专利]一种热防护涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种热防护涂层及其制备方法与应用，属于材料高温防护技术领域。该热防护涂层包括基体和NiAlRuX涂层，其中，X为除Ru以外的亲氧活性元素，以原子百分数计，NiAlRuX涂层含有45‑50％的Al、0.05‑4.95％的Ru、0.05‑4.95％的X，且Ru+X不超过5％，余量为Ni。该涂层不仅具有高温抗氧化性能、与基体具有良好的界面结合力，而且能够有效地阻止涂层与基体合金间元素互扩散，从而延长抗高温氧化防护涂层的使用寿命和不损害基体的高温力学性能，同时有效解决高Ru镀层昂贵的制备成本问题。其制备工艺简单，易操作。该热防护涂层可用于制备涡轮叶片，提高其服役寿命。

技术领域

本发明涉及材料高温防护技术领域，具体而言，涉及一种热防护涂层及其制备方法与应用。

背景技术

我国航空技术的飞速发展，对航空发动机的推重比和涡轮燃烧室热端部件的高效率、低能耗提出了越来越高的要求，使得航空燃气涡轮发动机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展。涡轮前进口处的温度不断升高，现已接近1700℃，远超先进镍基高温合金的使用极限温度1150℃。涡轮叶片(导向叶片、工作叶片)材料在高温环境下服役时会受到高温氧化和热腐蚀的破坏。因此需要在叶片材料表面涂覆高温防护涂层以保护基体合金不受高温氧化和热腐蚀的加速破坏，从而延长高温部件的服役寿命。

但目前高温防护涂层的使用寿命较短，且制备成本较高。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种热防护涂层以解决上述技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种上述热防护涂层的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种含有上述热防护涂层的涡轮叶片。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种热防护涂层，包括基体和NiAlRuX涂层，其中，X为除Ru以外的亲氧活性元素，以原子百分数计，NiAlRuX涂层含有45-50％的Al、0.05-4.95％的Ru、0.05-4.95％的X，且Ru+X不超过5％，余量为Ni。

在可选的实施方式中，X包括La、Re、Y、Hf、Zr、Ce、Pt和Dy中的至少一种。

在可选的实施方式中，NiAlRuX涂层的厚度为10-100μm。

在可选的实施方式中，基体为高温合金，优选为Ni基高温合金。

第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的热防护涂层的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射、电弧离子镀或电子束蒸发镀方式于基体表面沉积NiAlRuX涂层。

在可选的实施方式中，当采用磁控溅射方式沉积NiAlRuX涂层时，制备条件包括：基体温度为100-250℃，通氩气维持气压为0.4-2.0Pa，靶电流为1.0-3.5A，脉冲偏压为-100至-250V，离子源电流为0.5-2.0A。

在可选的实施方式中，当采用电子束蒸发镀方式沉积NiAlRuX涂层时，制备条件包括：基体温度为750-850℃，真空度为3×10^-2-3.5×10^-2Pa，电压为15-25KV，电子枪电流为1.0-3.0A，离子轰击棒电压为1000-5000V。

在可选的实施方式中，当采用电弧离子镀方式沉积NiAlRuX涂层时，制备条件包括：基体温度为300-450℃，通氩气维持气压0.8-3.0Pa，靶电流50-120A，电磁参数：电压4.8-50V，频率1.0-33.3Hz，永磁参数：5000-15000Gs，基板偏压-50至-250V，占空比70-90％。

在可选的实施方式中，还包括对沉积后的NiAlRuX涂层进行真空热处理。